Design and Implementation of Medical Information System using QR Code

Journal of Internet Computing and Services(JICS) 2015. Apr.: 16(2): 109-115 109

QR 코드를 이용한 의료정보 시스템 설계 및 구현

^☆

Design and Implementation of Medical Information System using QR Code

이 성 권 ¹ 정 창 원 ² 주 수 종 ^1*

Sung-Gwon Lee Chang-Won Jeong Su-Chong Joo 요 약

신규 의료기기 개발 기술의 발전으로 다양한 형태로 손쉽게 생체 정보 및 의료 정보를 얻을 수 있는 기술이 증가하고 있다

.

.

그러나 다양한 생체신호의 활용성이 증가하고 있지만 보안적인 측면을 고려하지 않는 문제점을 갖고 있다

.

,

,

.

,

QR

.

,

DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)

QR

.

PC

.

ROI

.NET Framework

QR

2008

. QR

DICOM

,

ROI

.

, EMR, OCS

ROI

QR

.

PID (patient identification)

ROI

QR

,

.

QR

URL

QR

.

QR

.NET

PC

Android

.

.

☞ 주제어

: QR

,

,

,

,

ABSTRACT

The new medical device technologies for bio-signal information and medical information which developed in various forms have been increasing. Information gathering techniques and the increasing of the bio-signal information device are being used as the main information of the medical service in everyday life.

Hence, there is increasing in utilization of the various bio-signals, but it has a problem that does not account for security reasons.

Furthermore, the medical image information and bio-signal of the patient in medical field is generated by the individual device, that make the situation cannot be managed and integrated.

In order to solve that problem, in this paper we integrated the QR code signal associated with the medial image information including the finding of the doctor and the bio-signal information. bio-signal. System implementation environment for medical imaging devices and bio-signal acquisition was configured through bio-signal measurement, smart device and PC. For the ROI extraction of bio-signal and the receiving of image information that transfer from the medical equipment or bio-signal measurement, .NET Framework was used to operate the QR server module on Window Server 2008 operating system. The main function of the QR server module is to parse the DICOM file generated from the medical imaging device and extract the identified ROI information to store and manage in the database. Additionally, EMR, patient health information such as OCS, extracted ROI information needed for basic information and emergency situation is managed by QR code. QR code and ROI management and the bio-signal information file also store and manage depending on the size of receiving the bio-singnal information case with a PID (patient identification) to be used by the bio-signal device. If the receiving of information is not less than the maximum size to be converted into a QR code, the QR code and the URL information can access the bio-signal information through the server. Likewise, .Net Framework is installed to provide the information in the form of the QR code, so the client can check and find the relevant information through PC and android-based smart device. Finally, the existing medical imaging information, bio-signal information and the health information of the patient are integrated over the result of executing the application service in order to provide a medical information service which is suitable in medical field.

☞ 주제어

: QR code, Medical System, Medical image information, Bio-signal, Integration image file scheme

1

2

*

[Received 6 February 2015, Reviewed 9 February 2015, Accepted 18 March 2015]

☆이 논문은 2013년도 정부(교육과학기술부) 의 재원으로 한국연 구재단의 지원을 받아 수행된 연구임 (NRF-2013R1A1A2063698).

☆ 본 논문은 2014년도 인터넷정보학회 추계학술발표대회 우수 논문 추천에 따라 확장 및 수정된 논문임.

ISSN 2287-1136 (Online) http://www.jksii.or.kr

1. 서 론

최근 융합 기술의 활성화 및 의료산업 연구 개발 투자 가 확대됨에 따라 ICT를 이용한 u-Healthcare 분야와 원 격의료 진료 등 IT 기술과 접목된 다양한 의료서비스 산 업이 활성화 될 전망이다.

u-Healthcare 분야의 기술 발전으로 기존 의료기기에 의존한 생체 신호 측정기기를 대체하는 웨어러블 컴퓨팅 에 관련된 센서 또는 디바이스들이 많이 등장하였다. 특 히, 최근 의료 기기에 인터넷 기술이 접목됨으로 실시간 진단과 원격의료분야로 확장되고 있는 추세이다. 이러한 스마트 기술의 도입은 의사 뿐 아니라 환자에게도 보다 나은 서비스를 제공해 줄 수 있게 해준다. 환자는 자신도 모르는 사이에 자신의 생체 신호를 측정 및 관리되어 만 성 질환과 같은 질병에 대비할 수 있게 되고, 이와 함께 운동 및 신체 활동을 모니터링하여 개인건강관리 서비스 를 받을 수 있게 된다. 의사는 스마트 기기를 통해 환자의 상태를 확인하고 신속하게 환자의 상태를 모니터링 함으 로 진단에 따른 의료행위를 할 수 있게 된다[1].

의료기기 및 웨어러블 컴퓨팅 기술의 발전은 개인의 신체 또는 생체 정보와 연계한 건강 정보 등 프라이버시 와 관련된 정보들의 증가를 예측하게 한다.

그러나 아직 병원 현장에서 환자에 대한 정보 관리보 다는 병원 내부 프로세스에 따른 정보시스템으로 구성되 어 있어 임상적 진단을 위해서는 환자의 의료영상과 생 체신호 그리고 의료기록을 개별적인 시스템에 접속하여 확인하는 실정이다. 또한, 최근 웨어러블 컴퓨팅을 위한 단말기로 스마트폰을 이용하고 스마트폰 상에서 얻을 수 있는 생활로그파일을 진단정보로 활용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다[2, 3]. 이로 인해 이러한 정보들 의 관리를 위한 보안측면의 기술이 요구된다[4].

본 논문에서는 앞서 언급한 의료현장에서 발생하는 문 제점을 해결하기 위해 의료 정보를 QR코드화 하여 관리 하기 위한 시스템을 제안하고자 한다. 특히, 의료 영상정 보와 생체정보를 통합한 이미지 파일 스킴을 통해 의료 정보를 교환하고, 별개의 각 시스템에 접속하지 않고도 환자의 상태를 확인하여 신속한 의료현장에 도입하기 위 한 방법에 중점을 두었다. 제안한 방법은 하나의 이미지 파일로 생체 신호와 의료영상을 전송하고 확인 할 수 있 을 뿐 아니라 QR코드를 통하여 별도의 생체 신호 및 환 자 정보를 바로 확인 할 수 있다. 또한, 정보를 보호하고 관리 할 수 있는 장점을 갖는다.

본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 관련연구로 QR코드를 이용한 최근 연구 동향과 의료 환경에서 이러 한 QR코드를 활용하여 의료 정보에 적용한 연구들을 설 명한다. 3장에서는 제안한 시스템의 구성 및 의료정보 처 리과정에 대하여 설명하고, 전체 시스템에서 QR코드와 생체신호가 관리되는 부분에 대해 기술한다. 4장에서는 이를 이용하여 제공 될 수 있는 응용 서비스 수행 결과를 보이고 끝으로 5장에서는 기대효과 및 향후 연구에 대하 여 설명한다.

2. 관련 연구

최근 사물인터넷(IOT) 환경에서 QR코드를 이용한 여 러 연구들이 활발하게 진행 되고 있다. 기존 Bar코드에 비해 많은 양의 정보를 저장 할 수 있어서 산업전반에 이 용하는 적용 사례가 점차 증가하고 있다. 이러한 QR코드 기술은 개인을 식별하거나 연계 정보 접근, 워터 마킹 기 술 적용 그리고 정보 보안 분야 등에서 활용되고 있다.

이러한 연구가 증가함에 따라 QR코드의 취약점을 분 석하고 개선하는 연구가 진행 되고 있다. QR코드의 내용 을 위조, 변조 하여 악성 코드를 심는 등의 보안 문제를 해결하기 위한 방법이 연구되고 있으며 개인 사용자 식 별을 위한 OTP(One-Time Password)의 문제점을 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다[5, 6, 7].

또한, 스마트 홈 환경에서 QR코드를 이용하여 설치가 복잡한 전자 제품에 Wifi 모듈을 넣어 QR코드로 스캔 시 제조사의 서버로 연결하고 자동으로 전자 제품의 소프트 웨어 설치 및 등록하는 등의 부가적인 서비스를 제공한 다[8].

이러한 QR코드기반 기술이 의료분야에서도 접목되어 의료기기를 관리하는 데에 사용되고 있다. 환자의 식별을 비롯하여 스마트 디바이스를 이용하여 의료 환경에서 효 율적으로 사용되기 위한 다양한 서비스들과 방법에 적용 되고 있다. 또한 신뢰성이 중요한 병원 의료기기의 결함 을 손쉽게 관리하고 수리하기 위하여 의료기기의 상태를 QR코드를 이용하여 관리하는 시스템이 개발되고 있다 [9]. 그리고 최근 QR코드를 스마트 글래스와 같은 스마트 단말장치들에 연동하여 의사 및 환자에게 제공 되는 서 비스들을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다[10].

이와 같이 최근 의료 분야에서 의료 정보의 QR코드화

하여 간편하고 안전하게 확인 할 수 있는 기술들에 대한

연구가 점차 늘어나고 있는 추세이다[11].

본 논문에서는 의료분야 환경에서 QR코드를 활용하 여 의료정보의 ROI(Regions Of Interest)와 다양한 생체신 호를 QR코드화하고 의료영상 이미지와 통합하여 하나의 이미지 파일 형태로 관리 및 제공하는 시스템에 대해 기 술한다. 이를 통해, 의료 환경에서 부가적인 검색 없이 빠 르게 의료 정보에 접근 하며, 임상에 필요한 정보들을 지 원하기 위하여 기존 의료 정보 특히 의료 영상 이미지 정 보와 환자 기록 정보, 생체정보들을 QR코드를 통하여 제 공한다.

3. QR코드 기반 의료정보 시스템

3.1 전체 시스템 구조

본 논문에서 제안하는 QR코드 기반 의료정보 제공 시 스템 구조는 그림 1과 같다.

(그림 1) QR 기반 의료 정보 서비스 제공을 위한 전체 시스템 구조 (Figure 1) The system structure supporting for Medical information service based on QR code

제안하는 시스템은 의료 영상정보를 얻는 의료영상기 기, 생체 정보를 수집하는 생체 정보 계측 장치 그리고 의 료영상정보와 생체 정보를 통합 관리하는 의료정보 서버, 그리고 모바일 또는 PC기반의 클라이언트로 구성하였다.

의료영상정보를 수집하기 위한 장치로는 모바일 X-선 영상장치 및 동기화 방법을 이용하였고[10, 12] 생체 정보 의 수집을 위한 부분은 생체신호 수집에 관련된 [13, 14, 15] 연구결과를 활용하여 개발하였다.

의료영상정보는 모바일 X-선 영상장치에서 DICOM형 식으로 생성하고 저장 관리한다. 이 파일이 동기화되어 의료 정보 서버에 전달된다. 의료 정보는 DICOM 태그의 중요 정보 즉 Interested 정보를 추출하여 별도로 저장한 다. 이를 기반으로 의사의 임상 의사결정(clinical decision)

을 빠르게 할 수 있도록 Key 이미지와 같은 영상정보는 로컬 저장 장치에 저장․관리한다.

개발을 위한 서버는 .NET 프레임워크가 설치된 윈도 우 2008 서버를 시용하였으며 QR코드 생성 및 해석을 위 하여 ZXing 라이브러리를 사용하였다. 그리고 DICOM 파 싱을 위하여 Fellow oak DICOM 라이브러리를 사용하였 다. 또한 이에 대한 서비스 제공 받기 위한 클라이언트는 .NET 프레임워크가 설치된 윈도우 운영체제가 설치된 PC에서 실행되도록 개발하였다. 그리고 안드로이드 기 반의 스마트 폰에서 실행되도록 개발하였다.

3.2 의료 정보 서버의 소프트웨어 구조

의료정보 서버의 소프트웨어 구조는 다음 그림 2와 같다.

(그림 2) QR 기반 의료 정보 서비스를 위한 소프트웨어 구조 (Figure 2) The software structure for Medical

information service based QR code

소프트웨어의 구조는 크게 4가지의 계층으로 분류된 다. 첫 번째 가장 낮은 레벨의 계층은 의료 영상 정보 및 생체 정보를 생성하는 물리적인 계층이다. 다음 데이터 관리 계층에서는 의료기기에서 얻은 의료영상정보를 저 장하는 기존의 PACS와 환자의 인적, 병력, 진찰 등의 내 용을 저장하고 관리하는 EMR과 같은 서버로부터 환자에 관련된 정보를 저장하고 관리한다. 또한 추가로 생체 계 측 기기에서 수집한 생체 정보 데이터를 이 계층에서 저 장하고 관리 한다. 이렇게 저장된 의료 정보 및 생체 정보 는 QR 모듈에 의해서 응급 시에 바로 열람이 필요한 환 자의 이름, 나이, 특이사항 등의 ROI 데이터를 포함한다.

환자의 의무 기록에 있는 데이터 뿐 아니라 의료 영상 이

미지와 생체신호로부터 판독한 결과 등을 저장하며, 이를

QR코드로 인코딩하여 서비스 계층의 다양한 응용에 신

속하게 제공을 할 수 있도록 한다. 서비스 계층의 응용 서

비스는 목적에 따라 의료 영상 정보에 ROI 정보가 담긴 이미지를 제공받아 사용하거나, 이미지만 따로 제공받아 사용할 수 있다. 또한 생체 정보와 관련해서는 QR코드를 통하여 제공받을 수 있으며 QR코드의 용량에 제한이 있 는 크기의 생체 정보는 URL로 인코딩되어 웹을 통하여 텍스트 형식으로 제공받을 수 있다.

3.3 의료 정보 서버

3.3.1 QR서버에서의 의료정보 처리과정

QR 서버는 의료영상기기와 생체정보계측기기로부터 DICOM 파일 형태의 의료영상정보와 특정 포맷 형식의 생체 정보를 받는다. 서버는 받은 정보들의 크기를 측정 하여 QR코드에 저장할 수 있는 최대 용량인 2953byte의 크기를 초과하는지의 여부를 판단한다.

(그림 3) QR 서버에서 의료 정보 처리 과정 (Figure 3) The procedure for medical information

in QR server

QR 코드화하는데 가용한 크기를 초과하지 않는 경우 기본정보와 ROI정보, 프라이버시에 민감하지 않은 세부 정보를 포함한다. 최대용량을 초과한 경우에는 기본정보 와 ROI정보를 추출하고, 추가로 확인 할 수 있는 세부 정 보가 있는 서버의 URL을 QR코드화 한다. 용량을 초과하 지 않지만 프라이버시에 민감한 정보들이 존재 할 경우 에도 이를 URL로 인코딩하여 직접적인 디코딩으로 확인 할 수 있는 QR코드를 제한한다.

3.3.2 QR서버에서의 의료정보 관리

QR 서버는 클라이언트에게 제공하는 의료영상 정보 에서 추출한 이미지와 생체정보를 운영체제의 파일 관리 시스템을 통하여 저장한다. 이를 효율적으로 클라이언트

에게 제공하기 위하여 저장된 파일의 Path를 환자 식별값 인 Patient ID폴더의 하위 폴더에 저장한다.

Patient ID의 하위 폴더에는 생체정보를 제공하기 위한 BioSignal과 기존 이미지 정보인 DicomFile, 추출한 이미 지 정보인 ImageFile을 가지고 있으며 QR코드를 관리 저 장하는 QR이라는 폴더로 구성된다. 또한 에러에 대한 로 그를 관리하기 위한 ErrorFile이라는 폴더를 추가로 갖는 다. 생체 정보 계측기기와 의료 영상기기로부터 받은 정 보들은 QR서버내의 데이터베이스에 ROI 정보가 저장되 며 추가로 이들 파일을 서비스 계층으로 제공하기 위한 Path 정보가 기록된다.

서버에서 서비스를 제공하기 위한 파일 관리는 그림 4 와 같다. PID를 이용하여 환자 정보를 식별하였고 PName 의 정보를 추출하여 기본정보에 넣었다. 이에 대한 정보 들은 추후에 정의되고 추가할 예정이다.

(그림 4) QR 서버의 정보 관리

(Figure 4) information management in QR server

4. QR코드 기반 의료정보 서비스

본 장에서는 제안한 시스템에서 제공하는 의료정보 서 비스의 수행성을 확인하기 위하여 PC와 안드로이드기반 스마트폰 상에서 응용 서비스 결과를 보인다.

4.1 PC QR 클라이언트에서 의료정보 확인 결과

PC 클라이언트는 개별적 이미지 파일과 생체 정보를 직접 인코딩 할 수 있다. 또한 QR 서버를 통해서 QR 코 드 이미지나 의료 영상 정보에서 추출한 이미지에 QR 코 드가 부착된 하나의 이미지를 통하여 환자의 다양한 정 보를 확인 할 수 있다.

또한 기타 의료정보 시스템과 연계할 수 있도록 하여

환자의 생체 정보 및 의료 정보들을 제공할 수 있다. 이를

위해 해당 의료정보에 접근하기 위한 URL 정보를 입력

하여 URL과 키값을 통해 QR코드화하지 못한 부가적인 환자의 의료정보를 제공하도록 하였다. 이에 대한 결과 화면은 그림 5와 같다.

(그림 5) PC에서 QR 클라이언트 수행 결과 (Figure 5) QR client execution results in PC

클라이언트 프로그램 또한 QR코드로 인코딩할 수 있 는 최대 용량인 2953byte를 넘어설 경우 생체 신호를 직 접적으로 QR코드화하지 않고 간접적으로 접근할 수 있 도록 URL 정보를 QR코드화한다. 또한 용량을 초과하지 않은 경우라도 프라이버시와 관련된 정보는 웹 URL 정 보를 QR코드화하여 통합 이미지 파일을 클라이언트에게 제공한다.

4.2 스마트 폰에서 의료정보 확인

스마트 폰에서는 통합 이미지 파일을 받아 이를 확인 할 수 있으며 스마트 폰 내의 SD카드와 같은 용량이 큰 보조기억장치를 이용하여 관리한다. 이에 대한 결과는 그 림 6과 같다.

기본적인 정보들과 부가 정보를 확인 할 수 있으며 이 또한 2953byte 크기 이상일 경우 URL 정보를 통해 해당 의료정보 시스템에 접근하여 확인할 수 있다. 그렇지 않 은 경우는 QR 코드에 포함된 생체 정보를 스마트 폰에서 확인 할 수 있다.

(그림 6) Smart Phone에서 QR 클라이언트 수행 결과 (Figure 6) QR client execution result in smart phone

제안한 시스템의 응용 서비스 수행결과, 의료현장에서 적용하면 의료영상의학과 및 기타 타과와의 임상의사에 게 용이한 의료 정보서비스가 될 것으로 기대한다. 이외 에 의료영상기기로부터 생성된 영상정보가 점차 증가함 에 따라 검색방법으로 key 이미지에 QR코드 기술을 적용 하고 본 논문에서 제안한 생체정보와 ROI 정보 등을 포 함하여 개선한다면 임상에서 활용성을 높일 수 있을 것 이다.

5. 결론 및 향후 연구

본 논문에서 제안한 시스템은 의료영상정보와 생체정 보를 통합하는데 QR코드 기술을 적용하였다. 특히, 의료 현장에 적용할 수 있도록 영상의학과에서 사용하고 있는 모바일 X-선 영상기기를 이용하였다. 그리고 PC와 스마 트폰 기반의 의료영상정보와 QR코드로 제공된 생체 및 의료 영상정보를 하나로 통합하여 제공하는 방법을 적용 한 응용서비스의 결과를 보였다.

본 연구는 사물인터넷(IOT) 기술의 발전으로 인하여 많은 개인 건강정보들이 생성되고 이를 기반으로 의료 진단과 예측에 관련된 다양한 서비스에 적용하기에 유연 하고 효율적으로 의료 정보를 제공할 수 있는 장점을 갖 는다. 또한 의료 정보를 저장·관리하고 전송하는 분야에 QR코드를 사용하여 임상 의사결정을 빠르게 하며, 의료 정보를 검색하여 지원해 줄 수 있다. 제안한 통합 이미지 파일 스킴은 의료 업무에서 뿐 아니라 의료현장외의 다 양한 분야에 적용 가능하게 될 것으로 기대된다.

향후 연구로는 본 논문에서 제안한 시스템을 특정 질 환 환자에 대한 임상에서 활용할 수 있는 응용 서비스를 구현할 계획이다. 또한, 보안 기능을 강화하기 위해 QR코 드의 최적화 및 암호화에 대한 연구를 진행할 계획이다.

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◐ 저 자 소 개 ◑

이 성 권 (Sung-Gwon Lee)

2014년 2월: 원광대학교 컴퓨터공학과 졸업(학사) 2014 ~ 현재: 원광대학교 컴퓨터공학과(석사)

관심분야 : Distributed Computing, Computer Network, Software Architecture, security service.

e-mail : [email protected]

정 창 원 (Chang-Won Jeong)

2006년∼2013년 원광대학교 전기전자 및 정보공학부 Post.Doc 2013년∼현재 원광대학교 리서치펠로우 연구교수

관심분야 : Distributed Computing, ubiquitous Computing, Multimedia Service, LBS. u-healthcare, Medical Information System

e-mail : [email protected]

주 수 종 (Su-Chong Joo)

2009년 미국 University of California at Irvine, 방문교수 1990년 – 현재 원광대학교 공과대학 컴퓨터공학과 교수 2015년 – 현재 원광대학교 공과대학 학장

관심분야 : Distributed Middleware Computing, Distributed Object Modelling , Multimedia Database System, Ubiquitous Computing(u-Home and Healthcare services)

e-mail : [email protected]